Spare Parts Replacement Policy Based on Chaotic Models

Poisson point processes are widely used to model the consumption of spare parts. However, when the items have very low consumption rates, the historical sample sizes are too small. This paper presents a modelling technique for spare parts policies in the case of items with a low consumption rate. We propose the use of chaotic models derived from the well-known chaotic processes logistic map and Hénon attractor to assess the behaviour of a set of five medium voltage motors supplying four drives in the rolling mill of a steelmaking plant. Supported by the chaotic models, we conclude that the company needs an additional motor to ensure full protection against shortages

Ferramenta Automática para Avaliação da Fiabilidade e Disponibilidade de Sistemas Reparáveis

Nesta dissertação apresentam-se as contribuições de um trabalho de investigação que tem como objetivo o desenvolvimento e implementação de uma ferramenta automática que disponibiliza, quase em tempo real, indicadores de fiabilidade e de disponibilidade para um qualquer sistema reparável. A ferramenta recebe dados recolhidos no equipamento em estudo, modela o processo gerador das avarias por recurso a vários modelos matemáticos/estatísticos, seleciona o modelo mais adequado aos dados recolhidos e, como base nesse modelo, apresenta um conjunto de indicadores úteis. Estes indicadores podem ser usados, tanto para prever o comportamento do sistema, como para avaliar como é que este responde a ações externas, como, por exemplo, à respetiva manutenção. Os trabalhos são iniciados com uma revisão dos conceitos e instrumentos fundamentais que suportam, grosso modo, o trabalho desenvolvido, seguindo-se o desenho, implementação e validação da ferramenta. A ferramenta é desenvolvida em ambiente Python e de forma automática. Este automatismo facilita a obtenção de resultados em tempo quase real e permite que o perito do processo tenha acesso a um conjunto de indicadores do estado do sistema sem que tenha conhecimentos específicos sobre modelação de processo geradores de avarias. O resumo dos dados recolhidos, assim como a informação produzida pela ferramenta desenvolvida são apresentados de forma organizada através de um dashboard, também desenvolvido em ambiente Python, de forma que a interpretação dos resultados seja mais rápida e eficiente.This dissertation presents the contributions of a research work that aims to develop and implement an automatic tool that provides, almost in real time, reliability, and availability indicators for any repairable system. The tool receives data collected from the equipment, models the process that generates the faults using various mathematical/statistical models, selects the most appropriate model for the data collected and based on that model, presents a set of useful indicators. These indicators can be used both to predict the behavior of the system and to assess how it responds to external actions, such as, for example, its maintenance. The work begins with a review of the fundamental concepts and instruments that roughly support the work developed, followed by the design, implementation, and validation of the tool. The tool is developed in a Python environment and automatically. This automatism facilitates obtaining results in near real time and allows the process expert to have access to a set of system status indicators without having specific knowledge about modeling fault-generating processes. The summary of the collected data, as well as the information produced by the developed tool, are presented in an organized way through a dashboard, also developed in a Python environment, so that the interpretation of the results is faster and more efficient

Commande optimale stochastique appliquée à la gestion de capacité des systèmes dynamiques en environnement manufacturier

Le travail presente dans cette these porte sur I'approche integree de gestion optimale de production, de capacite, de remplacement, de maintenance corrective et preventive des ressources d'un systeme manufacturier. Lesdites ressources sont sujettes a une degradation progressive dans un environnement caracterise par des incertitudes. Le travail est developpe en quatre (04) phases. Dans la premiere phase, une etude est menee sur I'impact de I'introduction des strategies de maintenance corrective des equipements sur les decisions d'acquisition de capacite et de planification de la production. Le systeme constitue de plusieurs machines est modelise par un processus qui depend de la politique de maintenance corrective. Le probleme d'optimisation est ensuite resolu par des methodes numeriques. L'introduction des stratégies de maintenance corrective dans le modele propose permet d'ameliorer la disponibilite des machines et reduit le cout total encouru, compare aux modeles existants. Cependant, dans cette premiere phase, nous ne tenons pas compte de la degradation de la machine, phenomene pourtant inherent en contexte manufacturier. En effet, les machines des systemes de production sont remplacees a long terme, ce qui demontre qu'il y a une degradation progressive. La deuxieme phase du travail a permis de prendre en compte cette realite. Pour cela, nous avons travaille sur des machines pour lesquelles le vieillissement se traduit par l'age que prend la machine chaque fois qu'une piece est fabriquee. De plus, le temps de reparation de ces machines croit avec le nombre de pannes. Une approche de recherche simultanee des strategies de production, de reparation et du remplacement de la machine est utilisee pour determiner les politiques optimales de reparation, de remplacement et de production. Bien que les temps de reparation deviennent de plus en plus longs au fil des reparations, dans cette phase, nous considerons que les activites de maintenance permettent de remettre l'age de la machine a zero, ce qui n'est pas realiste. D'ou I'apport de la prochaine phase. Dans la troisieme phase, les machines apres reparation ont un age non nul, appele age virtuel de la machine. Une approche hierarchique de prise de decision permettant au premier niveau de determiner la politique de reparation/remplacement de la machine et au second niveau la politique de production est utilisee. EUe montre que sous des hypotheses raisonnables, les decisions de reparation ou de remplacement peuvent etre fondees sur I'age de la machine et le nombre de paimes. Le niveau operatioimel de gestion peut ensuite determiner un plan de production pour le systeme en tenant compte de ces decisions. Les phases deux (02) et trois (03) de notre travail apportent une contribution importante. Elles permettent de montrer que le nombre de pieces a mettre en stock pour se proteger des penuries durant les periodes de non production n'augmente pas seulement avec l'age de la machine, mais qu'il augmente egalement avec le nombre de paimes. Nous ne pouvions conclure ce travail sans explorer l'impact de I'introduction des stratégies de maintenance preventive. En effet, la maintenance preventive est une des pratiques les plus courantes dans I'industrie manufacturiere. Elle permet d'ameliorer la disponibilite des equipements lorsque ces demiers subissent une degradation progressive et nous 1'avons integree dans la demiere phase. Dans la quatrieme phase de ce travail, nous introduisons la strategic de maintenance preventive et analysons son effet sur les differentes politiques. Le systeme est modelise par un processus qui prend en compte la deterioration et la maintenance preventive. Le modele est resolu par des methodes numeriques. Des analyses de sensibilite sont elaborees pour montrer la pertinence de I'approche et I'impact de I'introduction des strategies de maintenance preventive

Stochastic modelling and maintenance optimization of systems subject to deterioration

During the past decades to prevent catastrophic failure of the system, avoiding potential costs arising from the system downtime and optimize maintenance costs, there has been an interest in maintenance optimization problem for repairable systems subject to deterioration. Here to tackle the maintenance optimization problem two maintenance models for deteriorating repairable systems are proposed: optimal preventive maintenance scheduling model (decision model) and optimal maintenance-repair and inspection-scheduling model (intensity control model). In chapter 4 under both periodic and non-periodic inspection policy a novel approach to the determination of optimal repair and replacement decision rule subject to system parameters is presented. A renewal argument is used to derive expressions for the long-run average cost per unit time under theses two kinds· of inspection policy. The second part of the research (see chapter 5) considers maintenance scheduling problem of manufacturing systems whose production process (resulting output) is subject to system state. The latter means, resulting outputs (revenue) from system depends on the deterioration level of the manufacturing system: the good state of the system results in more efficiency of the system and more resulting output (revenue); the bad state of the system leads to system malfunction and less revenue. To optimize revenue from the manufacturing system, using optimal intensity control model, an optimum repair and inspection policy to balance the the amount of maintenance requires to increase system efficiency against the loss of revenue arising from the system malfunction is presented. Our approach rests on assumption that the transition rate from good (normal) state to bad (degraded) state is linear/non-linear. Deriving expression for long-run average cost per unit of time under both periodic and non-periodic inspection policy, applying the repair alert and virtual age process model, is the main advantage of the presented decision model to other maintenance models. In addition, using intensity control model, optimizing revenue from manufacturing systems subject to deterioration is a novel approach to maintenance scheduling of manufacturing systems whose production process is subject to the system state and represent an extension of the known maintenance models in which the maintenance process is restricted to inspections

Post-Sale Cost Modeling and Optimization Linking Warranty and Preventive Maintenance

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Planification de la maintenance d'un parc de turbines-alternateurs par programmation mathématique

RÉSUMÉ Une population grandissante de groupes turbines-alternateurs dans les centrales hydroélectriques arrive à sa fin de vie utile et les gestionnaires appréhendent la concurrence des arrêts pour des rénovations majeures avec un nombre tel que les ressources disponibles dans une même période ne seraient pas suffisantes. Ces retraits du réseau peuvent durer jusqu'à une année entière et mobilisent des ressources importantes en plus de la perte de production électrique. Les prévisions à la hausse des ventes à l'export et des rythmes de production sévères font craindre la mise à l'arrêt de beaucoup de groupes en même temps. Actuellement, le jugement des experts est au coeur des décisions des retraits qui se basent essentiellement sur des inspections périodiques et des mesures effectuées in-situ et dont les résultats sont centralisés chez l'équipe de planification des retraits. La nature aléatoire des phénomènes de dégradations qui ont lieu, font en sorte que la capacité de prévision de l'usure par l'inspection a un caractère de court-terme. Une vision des rénovations majeures sur le long terme est activement recherchée par les gestionnaires dans un souci de justification et de rationalisation des ressources budgétaires allouées aux rénovations. Les gestionnaires disposent d’une quantité impressionnante de données. Parmi elles, figurent la production horaire de chaque groupe depuis plusieurs années, l'historique des réparations sur chaque organe ainsi que les retraits majeurs effectués depuis les années 1950. Dans ce projet de recherche, nous nous proposons de résoudre le problème de planification de la maintenance d’un parc de 90 groupes turbines-alternateurs du réseau de production d'Hydro- Québec sur un horizon de 50 ans. Nous développons une méthodologie scientifique et rationnelle de préparation des plans des retraits qui serviront de support à la prise de décision en exploitant les données de mesures et les historiques disponibles tout en respectant un ensemble de contraintes techniques et économiques. Pour respecter la confidentialité de certaines données, toutes les dénominations originales ont été modifiées pour les rendre anonymes. Ce problème de planification est traité comme un problème d’optimisation avec contraintes. D'abord, un groupe est étudié pour ressortir les organes les plus influents. Un modèle de taux de défaillance est développé pour prendre en compte les caractéristiques technologiques de l'organe et d'utilisation du groupe. Ensuite, des stratégies de remplacements et de réparations sont----------ABSTRACT A growing number of Hydro-Québec's hydro generators are at the end of their useful life and maintenance managers fear to face a number of overhauls exceeding what can be handled. Maintenance crews and budgets are limited and these withdrawals may take up to a full year and mobilize significant resources in addition to the loss of electricity production. In addition, increased export sales forecasts and severe production patterns are expected to speed up wear that can lead to halting many units at the same time. Currently, expert judgment is at the heart of withdrawals which rely primarily on periodic inspections and in-situ measurements and the results are sent to the maintenance planning team who coordinate all the withdrawals decisions. The degradations phenomena taking place is random in nature and the prediction capability of wear using only inspections is limited to shortterm at best. A long term planning of major overhauls is sought by managers for the sake of justifying and rationalizing budgets and resources. The maintenance managers are able to provide a huge amount of data. Among them, is the hourly production of each unit for several years, the repairs history on each part of a unit as well as major withdrawals since the 1950's. In this research, we tackle the problem of long term maintenance planning for a fleet of 90 hydro generators at Hydro-Québec over a 50 years planning horizon period. We lay a scientific and rational framework to support withdrawals decisions by using part of the available data and maintenance history while fulfilling a set of technical and economic constraints. We propose a planning approach based on a constrained optimization framework. We begin by decomposing and sorting hydro generator components to highlight the most influential parts. A failure rate model is developed to take into account the technical characteristics and unit utilization. Then, replacement and repair policies are evaluated for each of the components then strategies are derived for the whole unit. Traditional univariate policies such as the age replacement policy and the minimal repair policy are calculated. These policies are extended to build alternative bivariate maintenance policy as well as a repair strategy where the state of a component after a repair is rejuvenated by a constant coefficient